Đại phân tử là phân tử có khối lượng phân tử lớn. Cấu trúc của nó được trình bày dưới dạng các liên kết lặp đi lặp lại nhiều lần. Hãy xem xét các tính năng của các hợp chất như vậy, tầm quan trọng của chúng đối với sự sống của chúng sinh.
Đặc điểm của thành phần
Đại phân tử sinh học được hình thành từ hàng trăm nghìn nguyên liệu ban đầu nhỏ. Cơ thể sống được đặc trưng bởi ba loại đại phân tử chính: protein, polysaccharid, axit nucleic.
Đơn phân ban đầu của chúng là monosaccarit, nucleotit, axit amin. Một đại phân tử chiếm gần 90% khối lượng tế bào. Tùy thuộc vào trình tự của gốc axit amin, một phân tử protein cụ thể được hình thành.
Cao phân tử là những chất có khối lượng mol phân tử lớn hơn 103 Da.
Lịch sử của thuật ngữ
Đại phân tử xuất hiện khi nào? Khái niệm này được đưa ra bởi Người đoạt giải Nobel Hóa học Hermann Staudinger vào năm 1922.
Quả cầu polyme có thể được xem như một sợi chỉ rối được hình thành do tình cờ tháo cuộnkhắp phòng cuộn dây. Cuộn dây này thay đổi cấu trúc của nó một cách có hệ thống; đây là cấu hình không gian của đại phân tử. Nó tương tự như quỹ đạo của chuyển động Brown.
Sự hình thành của một cuộn dây như vậy xảy ra do thực tế là ở một khoảng cách nhất định, chuỗi polyme "mất" thông tin về hướng. Có thể nói về cuộn dây trong trường hợp các hợp chất cao phân tử có chiều dài dài hơn nhiều so với chiều dài của đoạn cấu trúc.
Cấu hình toàn cầu
Đại phân tử là một cấu trúc dày đặc trong đó người ta có thể so sánh phần thể tích của polyme với một đơn vị. Trạng thái hình cầu được thực hiện trong những trường hợp đó, dưới tác động lẫn nhau của các đơn vị polyme riêng lẻ giữa chúng và môi trường bên ngoài, xảy ra lực hút lẫn nhau.
Bản sao cấu trúc của đại phân tử là phần nước được nhúng vào như một phần tử của cấu trúc như vậy. Đây là môi trường hydrat hóa gần nhất của đại phân tử.
Đặc điểm của phân tử protein
Đại phân tử protein là chất ưa nước. Khi một protein khô được hòa tan trong nước, ban đầu nó sẽ nở ra, sau đó sẽ quan sát thấy sự chuyển đổi dần dần thành dung dịch. Trong quá trình trương nở, các phân tử nước thâm nhập vào protein, liên kết cấu trúc của nó với các nhóm phân cực. Điều này làm nới lỏng sự đóng gói dày đặc của chuỗi polypeptit. Một phân tử protein trương nở được coi là một giải pháp trở lại. Với sự hấp thụ tiếp theo của các phân tử nước, sự phân tách của các phân tử protein khỏi tổng khối lượng được quan sát thấy, vàcũng có một quá trình giải thể.
Nhưng sự trương nở của một phân tử protein không phải trong mọi trường hợp đều gây ra sự hòa tan. Ví dụ, collagen sau khi hấp thụ các phân tử nước vẫn ở trạng thái trương nở.
lý thuyết hydrat
Các hợp chất cao phân tử theo lý thuyết này không chỉ hấp phụ mà còn liên kết tĩnh điện các phân tử nước với các đoạn phân cực của các gốc bên của các axit amin mang điện tích âm, cũng như các axit amin cơ bản mang điện tích dương.
Nước ngậm nước một phần được liên kết bởi các nhóm peptit tạo thành liên kết hydro với các phân tử nước.
Ví dụ, polypeptit có các nhóm bên không phân cực sẽ phình ra. Khi liên kết với các nhóm peptit, nó sẽ đẩy các chuỗi polypeptit ra xa nhau. Sự hiện diện của các cầu nối liên chuỗi không cho phép các phân tử protein bị phá vỡ hoàn toàn, chuyển sang dạng dung dịch.
Cấu trúc của các đại phân tử bị phá hủy khi đun nóng, dẫn đến đứt gãy và giải phóng các chuỗi polypeptit.
Tính năng của gelatin
Thành phần hóa học của gelatin tương tự như collagen, nó tạo thành một chất lỏng sánh với nước. Trong số các tính chất đặc trưng của gelatin là khả năng tạo gel.
Những loại phân tử này được sử dụng làm chất cầm máu và thay thế huyết tương. Khả năng tạo gel của gelatin được sử dụng trong sản xuất viên nang trong ngành dược phẩm.
Tính năng hòa tanđại phân tử
Các loại phân tử này có khả năng hòa tan khác nhau trong nước. Nó được xác định bởi thành phần axit amin. Khi có mặt các axit amin phân cực trong cấu trúc, khả năng hòa tan trong nước tăng lên đáng kể.
Ngoài ra, tính chất này bị ảnh hưởng bởi tính chất đặc thù của tổ chức của đại phân tử. Các protein hình cầu có độ hòa tan cao hơn các đại phân tử dạng sợi. Trong quá trình nhiều thí nghiệm, sự phụ thuộc của độ hòa tan vào các đặc tính của dung môi được sử dụng đã được thiết lập.
Cấu trúc cơ bản của mỗi phân tử protein là khác nhau, điều này tạo nên các đặc tính riêng của protein. Sự hiện diện của các liên kết chéo giữa các chuỗi polypeptit làm giảm khả năng hòa tan.
Cấu trúc cơ bản của phân tử protein được hình thành do các liên kết peptit (amit); khi nó bị phá hủy, sự biến tính của protein sẽ xảy ra.
Ướp muối
Để tăng khả năng hòa tan của phân tử protein, người ta sử dụng dung dịch của các muối trung tính. Ví dụ, theo một cách tương tự, có thể tiến hành kết tủa chọn lọc các protein, có thể tiến hành phân đoạn chúng. Số lượng phân tử tạo thành phụ thuộc vào thành phần ban đầu của hỗn hợp.
Điểm đặc biệt của protein, thu được bằng cách ngâm muối, là sự duy trì các đặc tính sinh học sau khi loại bỏ hoàn toàn muối.
Bản chất của quá trình này là loại bỏ các anion và cation của muối của vỏ protein ngậm nước, đảm bảo sự ổn định của đại phân tử. Số lượng phân tử protein tối đa bị muối ra khi sử dụng các muối sunfat. Phương pháp này được sử dụng để tinh chế và tách các đại phân tử protein, vì chúng về cơ bản làkhác nhau về độ lớn điện tích, các thông số của vỏ hydrat hóa. Mỗi loại protein có vùng muối ra riêng, nghĩa là, bạn cần chọn muối có nồng độ nhất định.
Axit amin
Hiện nay, khoảng hai trăm axit amin được biết là một phần của phân tử protein. Tùy thuộc vào cấu trúc, chúng được chia thành hai nhóm:
- proteinogenic, là một phần của các đại phân tử;
- không chứa protein, không tham gia tích cực vào quá trình hình thành protein.
Các nhà khoa học đã cố gắng giải mã trình tự của các axit amin trong nhiều phân tử protein có nguồn gốc động vật và thực vật. Trong số các axit amin thường có trong thành phần của phân tử protein, chúng ta lưu ý đến serine, glycine, leucine, alanin. Mỗi chất tạo màng sinh học tự nhiên có thành phần axit amin riêng. Ví dụ, protamine chứa khoảng 85% arginine, nhưng chúng không chứa các axit amin có tính axit, mạch vòng. Fibroin là một phân tử protein của tơ tự nhiên, chứa khoảng một nửa glycine. Collagen chứa các axit amin hiếm như hydroxyproline, hydroxylysine, không có trong các đại phân tử protein khác.
Thành phần axit amin không chỉ được xác định bởi các đặc tính của axit amin, mà còn bởi chức năng và mục đích của các đại phân tử protein. Trình tự của chúng được xác định bởi mã di truyền.
Các cấp độ tổ chức cấu trúc của các chất tạo màng sinh học
Có bốn cấp độ: tiểu học, trung học, cấp ba và cũng có thể là bậc bốn. Mỗi cấu trúccó những đặc điểm riêng biệt.
Cấu trúc cơ bản của phân tử protein là một chuỗi polypeptit mạch thẳng gồm các gốc axit amin được liên kết bằng các liên kết peptit.
Đây là cấu trúc ổn định nhất, vì nó chứa các liên kết cộng hóa trị peptit giữa nhóm cacboxyl của một axit amin và nhóm amin của phân tử khác.
Cấu trúc thứ cấp liên quan đến sự xếp chồng của chuỗi polypeptit với sự trợ giúp của các liên kết hydro ở dạng xoắn.
Loại polyme sinh học bậc ba thu được bằng cách đóng gói không gian của polypeptit. Chúng chia nhỏ các dạng xoắn ốc và các dạng gấp lớp của cấu trúc bậc ba.
Các protein hình cầu có hình elip, trong khi các phân tử dạng sợi có hình dạng thuôn dài.
Nếu đại phân tử chỉ chứa một chuỗi polypeptit thì protein chỉ có cấu trúc bậc ba. Ví dụ, nó là một protein mô cơ (myoglobin) cần thiết để gắn kết với oxy. Một số polyme sinh học được xây dựng từ một số chuỗi polypeptit, mỗi chuỗi có cấu trúc bậc ba. Trong trường hợp này, đại phân tử có cấu trúc bậc bốn, bao gồm một số hạt cầu kết hợp lại thành một cấu trúc lớn. Hemoglobin có thể được coi là protein bậc bốn duy nhất chứa khoảng 8% histidine. Chính anh ấy là chất đệm nội bào tích cực trong hồng cầu, cho phép duy trì giá trị pH máu ổn định.
Axit nucleic
Chúng là các hợp chất cao phân tử được hình thành bởi các mảnhcác nuclêôtit. RNA và DNA được tìm thấy trong tất cả các tế bào sống, chúng thực hiện chức năng lưu trữ, truyền tải và cả thực hiện thông tin di truyền. Nucleotide đóng vai trò là đơn phân. Mỗi chất trong số chúng đều chứa dư lượng của một bazơ nitơ, một cacbohydrat và cả axit photphoric. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nguyên tắc bổ sung (bổ sung) được quan sát thấy trong DNA của các sinh vật sống khác nhau. Axit nucleic tan trong nước nhưng không tan trong dung môi hữu cơ. Những chất tạo màng sinh học này bị phá hủy do nhiệt độ tăng, bức xạ tia cực tím.
Thay cho lời kết
Ngoài các protein và axit nucleic khác nhau, carbohydrate là các đại phân tử. Polysaccharid trong thành phần của chúng có hàng trăm đơn phân, có vị ngọt dễ chịu. Ví dụ về cấu trúc phân cấp của các đại phân tử bao gồm các phân tử protein và axit nucleic khổng lồ với các tiểu đơn vị phức tạp.
Ví dụ, cấu trúc không gian của phân tử protein hình cầu là hệ quả của tổ chức đa cấp có thứ bậc của các axit amin. Có sự liên kết chặt chẽ giữa các cấp độ riêng lẻ, các yếu tố của cấp độ cao hơn được kết nối với các tầng thấp hơn.
Tất cả các chất tạo màng sinh học đều thực hiện một chức năng quan trọng tương tự. Chúng là chất liệu xây dựng nên các tế bào sống, có nhiệm vụ lưu trữ và truyền tải thông tin di truyền. Mỗi sinh vật được đặc trưng bởi các protein cụ thể, vì vậy các nhà hóa sinh phải đối mặt với một nhiệm vụ khó khăn và có trách nhiệm, giải quyết vấn đề mà họ cứu sinh vật sống khỏi cái chết nhất định.
